基于归纳法的转速表修理改进研究

■ 雷玉洁 敖大为/凌云科技集团有限责任公司

0 引言

转速表是重要的发动机仪表之一，其功能是测量并显示发动机主轴的转速，刻度以发动机主轴转速的百分比来表示。根据转速表和进气压力表的指示，飞行员可以了解活塞式发动机的功率；结合转速表和喷气温度表的指示，判断出涡轮喷气发动机的推力。

飞行中经常遇到转速表指针摆动、跳指、迟滞等问题，这类问题会对发动机工作状态的判断产生影响，给飞行安全带来严重隐患。因此，深入分析、研究并归纳总结转速表故障的根本原因，可以提高转速表的故障修理合格率，对保障特殊时期飞机备件储备也有积极作用。

1 双针感应式转速表的组成及工作原理

1.1 双针感应式转速表的组成

双针感应式转速表由指示器和转速传感器配套组成，1件指示器配套2件传感器。1发和2发、3发和4发转速传感器分别共用一个指示器表头，如图1所示。

图1 发动机转速表指示器

1.2 双针感应式转速表的工作原理

被测发动机主轴的转动由传感器转换成电信号，传送给指示器，通过指示器感应组合件转换成指针的角位移，在发动机转速表上显示，工作原理如图2所示。

图2 转速表工作原理示意图

发动机主轴转动，经过减速齿轮后带动传感器主轴转动。因传感器转子与传感器主轴相交连接，也带动转子转动，在传感器静子中产生三相交流电流，其频率与发动机主轴转速成正比。指示器静子在传感器输出的三相交流电流作用下产生旋转磁场，切割由磁滞圆盘和永久磁铁组成的同步电机转子，磁滞圆盘产生的磁滞磁场与旋转磁场相互作用产生转动力矩，该转动力矩带动同步电机转子转动。当该转子转速接近旋转磁场时（异步工作状态），旋转磁场吸引装在磁滞圆盘同一轴上的永久磁铁转动，当永久磁铁将转动弹簧拧紧后，带动转子转动，此时转子和旋转磁场转速相同，达到同步，转速与发动机主轴转速成正比。在转子轴一端固定装有磁铁组合件，其磁极间装有感应片，感应片同一轴上有游丝在反力矩平衡时产生角位移，角位移与发动机主轴转速成正比，通过齿轮装置传给衬套和轴，使指针在刻度盘上指示读数（即发动机主轴最大转速的百分比）。发动机主轴与传感器之间的减速比是5.154:1。

指示器上的刻度表示方法：当发动机主轴转速为12885r/min时为100%。

2 故障类型及原因分析

采用归纳法收集近两年来某型飞机在发动机试车或地面通电时出现的双针感应式转速表故障，统计发现发动机转速表指示器故障占比高达56.5%，主要表现有4种：

1）两指针相互干扰摆动（即某一发指针在随油门变化转动过程中，另一指针随之发生不同程度的左右摆动）；

2）指示跳指；

3）转速表指针不指示；

4）机械零位迟滞误差大。

各类故障占比情况如图3所示。

由图3可以确定，“两指针干扰摆动”是双针感应式转速表指示器的多发性故障。下面重点分析该故障产生的可能原因。

图3 故障类型百分比

传感器静子中产生的与发动机主轴转速成正比的三相交流电流经电缆，输出到指示器静子，在该电流作用下，指示器静子产生旋转磁场，如果静子绕组断线，将无法产生旋转磁场，就失去了电能与转动机械能之间相互转换的基本条件，指示器电动机无法起动，转速表指示器将无指示，但这种故障情况较少发生。在旋转磁场的作用下，切割同步电机转子，并与磁滞磁场相互影响产生转动力矩，带动同步电机转子转动，如果转子磁铁有裂纹或磁性太弱、转子的轴向间隙过小或传动轴弯曲变形等，均会对同步电机转子的正常转动产生影响，导致指示器指针不指示或指示不正常。同步电机转子转动的同时，转子同轴另一端上游丝因反力矩平衡产生角位移，该位移量与发动机主轴转速成正比，通过两套齿轮装置传递给对应的外衬套和内轴，指针分别进行指示，如果齿轮组件变形严重，在运转过程中内齿轮转动会带动外衬套齿轮一起转动，两指针就会相互干扰引起摆动；如果宝石轴承有毛刺或不干净，会导致带齿轮的轴运转不均匀，指示器指针跳动或发动机停止时指针零位迟滞误差大；转速表指示器在修理安装时，如果齿轮间隙调整不合适，间隙过紧或过松都会导致齿轮在转动中出现卡滞或相互带动。

综上所述，指示器静子绕组断线、转子磁铁有裂纹或磁性太弱、转子轴向间隙过小、传动轴弯曲变形等指示器内部元器件的缺陷都可能导致指示器指针无指示或指示不正常，但发生概率较小；齿轮组件变形、宝石轴承不干净、齿轮间隙不合适等情况则多数会引起指示器指针干扰摆动。

3 改进措施

通过上述分析，归纳得出造成“两指针干扰摆动”故障的三个主要原因：齿轮组件变形、宝石轴承不干净、齿轮间隙不合适，设定相应的修理目标，制定合理有效的对策和措施，如表1所示。

表1 修理措施

3.1 选配合格的齿轮组件

改进前齿轮只要求进行目视检查，对齿轮形态没有严格的检查要求。如图4中左侧齿轮，变形的齿轮轴偏于一侧，当其装在带齿轮的衬套中时，由于指针紧固于上下结构组合的齿轮轴上，单号针装于内轴，双号针装于带衬套的外轴，转动过程中内轴会带动外衬套齿轮一起转动，从而导致两指针相互干扰摆动。

图4 变形齿轮

改进措施：对齿轮形态外观进行严格筛查和选配（选配流程见图5），确保齿轮组件的合格率，杜绝齿轮组转动时相互干扰。

图5 改进后齿轮组件测试及选配流程图

3.2 清洁宝石轴承

宝石轴承不干净或带毛刺会导致带齿轮的轴运转不均匀，引起指针跳动或者粘连摆动。可以用无水乙醇彻底清洗，用柳木棍打磨毛刺，用4倍放大镜检查，确定干净且光滑后再进行装配。

3.3 调整齿轮间隙

齿轮间隙过紧或过松会导致齿轮在转动过程中的卡滞或相互带动，从而引起指针的相互干扰摆动。将齿轮间隙调整在大于1/2且小于2/3的位置（即上下宝石轴承间的轴向间隙为0.03～0.05mm），松紧适宜，保证了齿轮转动均匀灵活。

4 总结

当航空产品出现某一多发性故障现象时，不能仅以完成故障件修理为目的，应分析故障发生的根本原因，并在修理中采取针对性的预防措施，有效避免重复性故障的发生。本文介绍的故障归纳统计方法有助于准确分析产品的多发性故障及其原因，并进行预防性修理方式改进。该方法也适用于其他产品的修理过程。